Сонячні панелі десятиліттями забезпечували енергією супутники, орбітальні апарати та планетарні ровери. Однак зі збільшенням відстані від Сонця їхня ефективність знижується. Тому NASA розвиває ядерні енергетичні системи, які можуть забезпечити майбутні місії стабільним живленням і зробити доступними віддалені райони Сонячної системи.
Ядерні космічні системи поділяють на два основні типи. Перший — радіоізотопні генератори, які використовують тепло від розпаду радіоактивних матеріалів, зокрема плутонію-238. Термоелектричні елементи перетворюють це тепло на електрику. Такі джерела енергії десятиліттями працюють на апаратах Voyager, а також живлять марсоходи Curiosity і Perseverance.
Другий тип — системи на основі ядерного поділу. Керована реакція в реакторі може виробляти електроенергію або безпосередньо нагрівати робоче тіло для створення тяги. Електрика, зокрема, може живити іонні двигуни, які забезпечують ефективне прискорення апарата протягом тривалого часу.
NASA працює над концепціями ядерної електричної тяги та реакторних енергетичних установок для поверхні Місяця й Марса. Серед проєктів згадується ініціатива SR-1 Freedom, покликана продемонструвати можливості ядерної енергетики за межами навколоземної орбіти. Також розглядають компактні реакторні установки потужністю від 10 до 40 кіловат для майбутніх місячних і марсіанських баз.
Інженери досліджують паливо HALEU — низькозбагачений уран із високим вмістом ізотопу урану-235, а також удосконалюють радіоізотопні термоелектричні генератори. Майбутні системи мають витримувати сильні вібрації під час запуску ракети й надійно працювати десятиліттями в умовах космічного вакууму.
Ядерні технології можуть розширити можливості дослідження Марса, крижаних супутників Юпітера та Сатурна — Європи й Енцелада. Під їхньою поверхнею, як вважають науковці, можуть існувати океани рідкої води. Потужніші енергетичні системи дали б змогу доставляти туди складне наукове обладнання, зокрема для дослідження крижаного покриву.
Окрема перспектива — скорочення тривалості пілотованих польотів до Марса. За оцінками, ядерні теплові двигуни потенційно могли б зменшити час подорожі до 45–60 днів. Це скоротило б період, протягом якого астронавти зазнають впливу космічної радіації та інших небезпек тривалого перебування в космосі.
У довгостроковій перспективі ядерні електричні двигуни можуть допомогти досліджувати хмару Оорта та навіть здійснювати місії в міжзоряний простір. Поки що це перспективні напрями, а не готові технології для таких подорожей.
Ядерна енергетика вже має значну історію в космонавтиці. Понад 20 радіоізотопних систем використовували в космічних місіях із 1960-х років. Апарати Voyager, запущені 1977 року, досі передають дані з-за меж геліосфери, а зонд New Horizons використовував ядерне джерело енергії під час прольоту повз Плутон у 2015 році.
Отже, ядерні технології можуть стати важливою складовою наступного етапу освоєння космосу. Вони не просто замінюють сонячні панелі там, де сонячного світла недостатньо, а відкривають можливість створювати потужніші й автономніші апарати для тривалих місій.